3.4工件的夹紧 教案7
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第三章 工件在夹具中的夹紧
F1 F2
1 F 2
F ( L1 L2 ) 2 FR L
F 2 FR L ( L1 L2 )
2 K FR L F K ( L1 L2 )
3-3 夹紧机构设计
（1）斜楔夹紧机构
工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变 为夹紧力，从而夹紧工件。
1.根据加工简图，确定对工件夹紧的最不利的瞬时状 态。钻削力P使工件压向定位面，有利于工件夹紧，而钻 削扭矩M 将使工件绕中心旋转，当钻头的刃带进入切削时， 产生的钻削扭矩最大，此时应为工件夹紧的最不利情况。
2.按静力平衡原理列出平衡式并计算夹紧力W
由图可知，钻削扭矩M有使工件产生转动的趋势，这 需要由夹紧力W在夹紧点所产生的摩擦阻力矩及由钻削力P 和夹紧力W所产生的支承反力在工件和定位面间产生的摩 擦阻力矩相平衡，即有平衡式：
N
N
H1
Q // H 2 F 2
W H1
Q // Q / cos
H2
F1 F2
Q//
F 2 W tg 2
H 2 H1 tg( 1 ) W tg( 1 )
W
W
Q / cos W tg ( 1 ) tg 2
1 acrtg artg0.15 8032 /
1/ acrtg(1.15tg1 ) 90 47 /
80 62 W 2024 .48 N 0 / 0 / 10.86 tg (2 56 9 47 ) W N 2 sin 2 D M 夹＝（N B N C WA ) 2 1 W D 2024 .48 0.18 0.1 1 ＝ 1 ＝ 1 0 2 sin 2 sin 45 2 ＝43.99 N m
4 工件定位与夹紧方案的确定
（3）改善工人的劳动条件,降低生产成本
（4）扩大机床使用范围和改变机床用途
如：铣床加分度头，就可以加工有等分要求的工件。 利用镗模，可以用车床或摇臂钻床镗削箱体的孔系。
12
§4.1.2 机床夹具的分类
按夹具应用范围划分
➢（1）通用夹具 三爪、四爪卡盘、平口钳等，一般由专业 厂生产，常作为机床附件提供给用户。
防转菱形销限制: Z 方向转动自由度
63
4.3 任务3 选择夹具定位元件
➢工件定位时，首先要根据加 工要求，确定工件需要限制 的自由度，选择合适的表面 作为定位基准面。 ➢工件的定位基准面有多种形 式，如平面、外圆柱面、内 孔等。 ➢根据定位基准面的不同，采 用不同的夹具定位元件，使 定位元件的定位面和工件的 定位基准面相接触或配合， 从而实现工件的定位。
顶尖限制: Y、Z 方向转动自 由度
61
过定位问题分析 ➢ 图示工件要在端面加工螺孔时，如何进行定位？
62
➢使用长圆柱销时，X、Y方 向的转动自由度重复限制， 当夹紧时，连杆会产生变形。
短长圆柱销限制: X、 Y 方向的移动自由度 X、 Y 方向的转动自由度
大端面限制: Z 方向的移动自由度 X、 Y 的转动自由度
图4-1 轴套零件图
9
4.1 任务1 认识机床夹具
本节要点
机床夹具的功能 机床夹具在机械加工中的作用 夹具的分类 机床夹具的组成
10
§4.1.1 机床夹具的功能与作用
1.机床夹具的功能
机床夹具的主要功能: ➢定位——工件在夹具中相对于刀具和机床占有正确的加 工位置。 ➢夹紧——把工件压紧夹牢，并保持这个确定的位置在加 工过程中稳定不变。
2）夹紧元件及装置
3）对刀及导向 元件
（4）扩大机床使用范围和改变机床用途
如：铣床加分度头，就可以加工有等分要求的工件。 利用镗模，可以用车床或摇臂钻床镗削箱体的孔系。
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§4.1.2 机床夹具的分类
按夹具应用范围划分
➢（1）通用夹具 三爪、四爪卡盘、平口钳等，一般由专业 厂生产，常作为机床附件提供给用户。
防转菱形销限制: Z 方向转动自由度
63
4.3 任务3 选择夹具定位元件
➢工件定位时，首先要根据加 工要求，确定工件需要限制 的自由度，选择合适的表面 作为定位基准面。 ➢工件的定位基准面有多种形 式，如平面、外圆柱面、内 孔等。 ➢根据定位基准面的不同，采 用不同的夹具定位元件，使 定位元件的定位面和工件的 定位基准面相接触或配合， 从而实现工件的定位。
顶尖限制: Y、Z 方向转动自 由度
61
过定位问题分析 ➢ 图示工件要在端面加工螺孔时，如何进行定位？
62
➢使用长圆柱销时，X、Y方 向的转动自由度重复限制， 当夹紧时，连杆会产生变形。
短长圆柱销限制: X、 Y 方向的移动自由度 X、 Y 方向的转动自由度
大端面限制: Z 方向的移动自由度 X、 Y 的转动自由度
图4-1 轴套零件图
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4.1 任务1 认识机床夹具
本节要点
机床夹具的功能 机床夹具在机械加工中的作用 夹具的分类 机床夹具的组成
10
§4.1.1 机床夹具的功能与作用
1.机床夹具的功能
机床夹具的主要功能: ➢定位——工件在夹具中相对于刀具和机床占有正确的加 工位置。 ➢夹紧——把工件压紧夹牢，并保持这个确定的位置在加 工过程中稳定不变。
2）夹紧元件及装置
3）对刀及导向 元件
工件定位与夹紧
形成的加工误差。
互 为基 准的原则
当相关表面位置精度要求很高但精加工余量很小，加工时 要用这些表面互相作为定位基准。
精度高于6级的淬火齿轮，齿形 相对于轴线的位置精度要求很 高，加工需用磨齿工艺。因淬 火后齿轮孔和齿面均产生变形， 而孔和磨齿的加工余量都很小， 故先以齿面为定位基准磨孔； 再以孔为基准磨齿面。 齿面和齿轮孔互为基准。
2. 工艺基准
（3）测量基准
检验零件时，用以测量加工 表面的尺寸、形状、位置等误 差所依据的基准。
图2-47 零件的设计基准与工艺基准示例
2. 工艺基准
（4）装配基准
装配时用以确定零件、组件 和部件相对于其他零件、组件 和部件的位置所采用的基准。
传动轴
键 传动齿轮
图2-48 齿轮的装配基准
(二)精基准及其选择原则
1.机床夹具的组成
（1）定位装置 ：是由定位元件及其组合构成的，用于确定 工件在夹具中的正确位置，常见的定位方式是以平面、圆孔、 外圆定位。圆柱销5、菱形销9、支承板4
（2）夹紧装置 ： 保持工件在夹具中的确定位置，保证定位 可靠，使工件在切削力的作用下不产生移动。包括夹紧元件、 传动装置及动力装置等。螺杆8、螺母7、开口垫圈6
4) 工件以组合表面定位
图2-68 一面两销定位
一面两孔：在加工箱体类零件时经常采用一面两孔 组合(一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合) 定位、夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避 免由于过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中 一个应采用菱形销。菱形销的宽度可以通过简单的 几何关系导出。
3.常见定位方式及定位元件
9
一、零件的基准及其分类
什么是基准？
基准就是用来确定生产对象 上几何要素间的几何关系所依 据的点、线、面。
互 为基 准的原则
当相关表面位置精度要求很高但精加工余量很小，加工时 要用这些表面互相作为定位基准。
精度高于6级的淬火齿轮，齿形 相对于轴线的位置精度要求很 高，加工需用磨齿工艺。因淬 火后齿轮孔和齿面均产生变形， 而孔和磨齿的加工余量都很小， 故先以齿面为定位基准磨孔； 再以孔为基准磨齿面。 齿面和齿轮孔互为基准。
2. 工艺基准
（3）测量基准
检验零件时，用以测量加工 表面的尺寸、形状、位置等误 差所依据的基准。
图2-47 零件的设计基准与工艺基准示例
2. 工艺基准
（4）装配基准
装配时用以确定零件、组件 和部件相对于其他零件、组件 和部件的位置所采用的基准。
传动轴
键 传动齿轮
图2-48 齿轮的装配基准
(二)精基准及其选择原则
1.机床夹具的组成
（1）定位装置 ：是由定位元件及其组合构成的，用于确定 工件在夹具中的正确位置，常见的定位方式是以平面、圆孔、 外圆定位。圆柱销5、菱形销9、支承板4
（2）夹紧装置 ： 保持工件在夹具中的确定位置，保证定位 可靠，使工件在切削力的作用下不产生移动。包括夹紧元件、 传动装置及动力装置等。螺杆8、螺母7、开口垫圈6
4) 工件以组合表面定位
图2-68 一面两销定位
一面两孔：在加工箱体类零件时经常采用一面两孔 组合(一个大平面及与该平面相垂直的两个圆孔组合) 定位、夹具上相应的定位元件是一面两销。为了避 免由于过定位而引起的工件安装时的干涉，两销中 一个应采用菱形销。菱形销的宽度可以通过简单的 几何关系导出。
3.常见定位方式及定位元件
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一、零件的基准及其分类
什么是基准？
基准就是用来确定生产对象 上几何要素间的几何关系所依 据的点、线、面。
夹具第3章夹紧
中间递力机构
作 1）改变作用力的方向；
用 2）改变作用力的大小；
3）使夹紧实现自锁。
第十页，编辑于星期六：二十二点 二分。
（2）夹紧装置的设计要求 夹紧装置的设计和选用是否正确合理，
对于保证加工质量、提高生产率、减轻工人
劳动强度有很大影响。为此，对夹紧装置提 出如下基本要求：
1）夹紧力应有助于定位，而不应破坏定
FJ
出 螺旋夹紧力F的s L计算公式：
d0 2
tan(
1' )
r'
tan 2
FJ——沿螺旋轴线作用的夹紧力（N）；Fs——作用在板手上的力；
L——作用力的力臂（mm）；
d0——螺纹中径（mm）；
α——螺纹升角（o）
' ——螺纹副的当量摩擦角（o） 1 ' ——螺杆（或螺母）端部与工件（或压块）的摩擦角（o）；
2 r’——
螺杆（或螺母）端部与工件（或压块）的当量摩擦半径（mm）。
第三十六页，编辑于星期六：二十二点 二分。
（4）适用范围
由于螺旋夹紧机构具有结构简单、
制造容易、夹紧可靠、扩力比大、夹紧 行程不受限制等特点，所以在手动夹紧 装置中被广泛使用。
螺旋夹紧机构的缺点是动作慢。为 提高其工作效率，常采用一些快撤装
第六页，编辑于星期六：二十二点 二分。
2）夹紧机构 即接受和传递原始作用力，使之变成
夹紧力，并执行夹紧任务的部分。它包括 中间递力机构和夹紧元件。中间递力机构 把来自人力或动力装置的力传递给夹紧元 件，再由夹紧元件直接与工件接触，最终
完成夹紧任务。
第七页，编辑于星期六：二十二点 二分。
根据动力源的不同和工件夹紧的实际需
K=1.5～2，粗加工 K=2.5～3。
作 1）改变作用力的方向；
用 2）改变作用力的大小；
3）使夹紧实现自锁。
第十页，编辑于星期六：二十二点 二分。
（2）夹紧装置的设计要求 夹紧装置的设计和选用是否正确合理，
对于保证加工质量、提高生产率、减轻工人
劳动强度有很大影响。为此，对夹紧装置提 出如下基本要求：
1）夹紧力应有助于定位，而不应破坏定
FJ
出 螺旋夹紧力F的s L计算公式：
d0 2
tan(
1' )
r'
tan 2
FJ——沿螺旋轴线作用的夹紧力（N）；Fs——作用在板手上的力；
L——作用力的力臂（mm）；
d0——螺纹中径（mm）；
α——螺纹升角（o）
' ——螺纹副的当量摩擦角（o） 1 ' ——螺杆（或螺母）端部与工件（或压块）的摩擦角（o）；
2 r’——
螺杆（或螺母）端部与工件（或压块）的当量摩擦半径（mm）。
第三十六页，编辑于星期六：二十二点 二分。
（4）适用范围
由于螺旋夹紧机构具有结构简单、
制造容易、夹紧可靠、扩力比大、夹紧 行程不受限制等特点，所以在手动夹紧 装置中被广泛使用。
螺旋夹紧机构的缺点是动作慢。为 提高其工作效率，常采用一些快撤装
第六页，编辑于星期六：二十二点 二分。
2）夹紧机构 即接受和传递原始作用力，使之变成
夹紧力，并执行夹紧任务的部分。它包括 中间递力机构和夹紧元件。中间递力机构 把来自人力或动力装置的力传递给夹紧元 件，再由夹紧元件直接与工件接触，最终
完成夹紧任务。
第七页，编辑于星期六：二十二点 二分。
根据动力源的不同和工件夹紧的实际需
K=1.5～2，粗加工 K=2.5～3。
第三节 工件的定位与夹紧
3.使用四爪单动卡盘时的注意事项 3.使用四爪单动卡盘时的注意事项
• （1）夹持部分不宜过长，一般为 ）夹持部分不宜过长，一般为10-15mm比较 比较 事宜。 事宜。 • （2）为防止夹伤工件，装夹已加工表面时应垫铜 ）为防止夹伤工件， 皮。 • （3）找正时应在导轨上垫上木板，以防工件掉下 ）找正时应在导轨上垫上木板， 来砸伤床面。 来砸伤床面。 • （4）找正时不能同时松开两个卡爪，以防工件掉 ）找正时不能同时松开两个卡爪， 下。 • （5）找正时主轴应放在空挡位置，以使卡盘转动 ）找正时主轴应放在空挡位置， 轻便。 轻便。 • （6）工件找正后，四个卡爪的夹紧力要基本一致， ）工件找正后，四个卡爪的夹紧力要基本一致， 以防车削过程中工作位移。 以防车削过程中工作位移。 • （7）当装夹较大的工件时，切削用量不宜过大。 ）当装夹较大的工件时，切削用量两顶尖装夹刚性较差，因此在车削轴类零件，尤其是较重的工件时， 常采用一夹一顶装夹。为了防止工件轴向位移，须在卡盘内装一限位支 撑，见书17页1-15a，或利用工件的台阶作限位，见1-15b。由于一夹一 顶装夹刚性好，轴向定位准确，且比较安全，能承受较大的轴向切削力， 因此应用广泛。
三、用两顶尖定位与夹紧工件
• 1.两顶尖定位的特点及 使用范围
• 两顶尖装夹工件方便，不 需找正，装夹精度高。对 于较长的、须经过多次装 夹的、或工序较多的工件， 为保证装夹精度，可用两 顶尖装夹。（如图） • 用两顶尖装夹工件，必须 先在端面上钻出中心孔。
2.中心孔的种类及适用场合 2.中心孔的种类及适用场合
二、用四爪单动卡盘定位与夹紧工件
• 1.四爪单动卡盘的工作 特点 • 特点：四个卡爪单独 特点： 调节， 调节，装夹工件需要 找正且比较费时。 找正且比较费时。定 位精度可达0.01mm。 位精度可达 。 适用安装圆形、 适用安装圆形、正方 长方形、 形、长方形、内外圆 偏心、 偏心、椭圆形及其它 不规则零件。 不规则零件。加紧力 加紧更可靠。 大，加紧更可靠。
工件的定位与夹紧
划线找正法示例Leabharlann 图2 划线找正装夹图3 套筒零件简图
1.快换钻套 2.导向套 3.钻模板 4.开口垫圈 5.螺母 6.定位销 7.夹具体
图 4 套筒钻夹具
二、工件的定位 工件的定位
◆六点定位原理
：任一刚体在空间都有六个自由度，为 使工件完全定位，必须有合理分布的 六个定位支承点分别限制其六个自由 度，使工件的位置唯一。
●基准
设计基准 工序基准 工序基准 定位基准（ 定位基准（大平面、长圆柱面或轴线） ） 三者重合，提高位置精度
●定位元件 定位元件
◆定位元件的基本要求 ①足够的精度 ②足够的硬度和耐磨性 ③足够的强度和刚度 ④工艺性好
◆平面定位 ◇主要支承 —限制自由度 ①固定支承 —支承钉
支承板 非标支承板 ②可调支承 —一批工件调一次
（原则上不允许）
zz
o
x
y
注：若不限制 y 等 为欠定位,不符要求
图7
完全定位
z
z
y
X
o y
不完全定位
X
图8
x y
后果:
1.心轴 2.支承凸台 3.工件 4.压板
1)机床心轴弯曲 2)工件翘曲变形 图9 插齿时齿坯的定位(过定位) 插齿时齿坯的定位(过定位)
x y
图10 齿坯过定位的影响
改变定位结构避免过定位
Z
x、 y、 z
( y (
z
O
(
z
x 、 y 、z
x ( x
X
(
(
Y y
y
5 4
Z
6
O
y Y
3 2
1
X
图5 长方体定位时支承点的分布
工件的定位和夹紧
2）夹紧力大小应适当，使夹紧作用可靠，而且能够自 锁。
3） 夹紧后工件的变形应尽可能小，不能因夹紧变形 而影响加工精度。
4）夹紧机构的操作要方便、迅速、省力、安全。
3. 夹紧力的确定
1）确定夹紧力方向的两个原则： a.夹紧力作用方向应垂直于工件的主定位面。
图2-69 夹紧力方向对镗孔位置精度的影响
度。
三、工件在夹具中的定位
1.六点定位原理
图2-52 物体的六个自由度
三、工件在夹具中的定位
1.六点定位原理
图2-53 六点定位简图
三、工件在夹具中的定位
1.六点定位原理 在机械加工中，要完全确定工件在
夹具中的正确位置，必须用六个相应 的支承点来限制工件的六个自由度， 称为“六点定位原理”。
三、工件在夹具中的定位
3）在加工和测量零件时，要尽量使定位基准、 测量基准和工序基准重合，以减少加工误差和测 量误差。
二、工件在工艺系统内的安装
定位：加工前，使工件在机床上或夹具 上占有正确的加工位置的过程，称为 定位。
二、工件在工艺系统内的安装
夹紧：用施加外力的形式，把工件已确 定的定位位置固定下来的过程，称为 夹紧。这个定位、夹紧的过程，称为 装夹或安装。
3.常见定位方式及定位元件
P63 表2-14
四、工件的夹紧方式
1. 夹紧装置及其组成
什么是夹紧装置？ 将工件在夹具中夹紧、压牢的装置，就是夹
紧装置。 动力装置
夹紧装置 夹紧元件 中间递力机构
四、工件的夹紧方式
2. 对夹紧装置的基本要求
1）夹紧应有利于工件的定位而不能破坏工件在定位时 所获得的正确位置；
3. 夹紧力的确定
2）夹紧力作用点的选择： b. 夹紧力的作用点应在夹具支承点所组成的面积之内。
3） 夹紧后工件的变形应尽可能小，不能因夹紧变形 而影响加工精度。
4）夹紧机构的操作要方便、迅速、省力、安全。
3. 夹紧力的确定
1）确定夹紧力方向的两个原则： a.夹紧力作用方向应垂直于工件的主定位面。
图2-69 夹紧力方向对镗孔位置精度的影响
度。
三、工件在夹具中的定位
1.六点定位原理
图2-52 物体的六个自由度
三、工件在夹具中的定位
1.六点定位原理
图2-53 六点定位简图
三、工件在夹具中的定位
1.六点定位原理 在机械加工中，要完全确定工件在
夹具中的正确位置，必须用六个相应 的支承点来限制工件的六个自由度， 称为“六点定位原理”。
三、工件在夹具中的定位
3）在加工和测量零件时，要尽量使定位基准、 测量基准和工序基准重合，以减少加工误差和测 量误差。
二、工件在工艺系统内的安装
定位：加工前，使工件在机床上或夹具 上占有正确的加工位置的过程，称为 定位。
二、工件在工艺系统内的安装
夹紧：用施加外力的形式，把工件已确 定的定位位置固定下来的过程，称为 夹紧。这个定位、夹紧的过程，称为 装夹或安装。
3.常见定位方式及定位元件
P63 表2-14
四、工件的夹紧方式
1. 夹紧装置及其组成
什么是夹紧装置？ 将工件在夹具中夹紧、压牢的装置，就是夹
紧装置。 动力装置
夹紧装置 夹紧元件 中间递力机构
四、工件的夹紧方式
2. 对夹紧装置的基本要求
1）夹紧应有利于工件的定位而不能破坏工件在定位时 所获得的正确位置；
3. 夹紧力的确定
2）夹紧力作用点的选择： b. 夹紧力的作用点应在夹具支承点所组成的面积之内。
夹紧机构(刘旋)
《机械系统设计》课程期末考查课程设计说明书学科专业：机械设计制造及其自动化班级：1117441学号：111744125学生姓名：刘旋指导老师：徐刚2014年6月工件夹紧机构设计一、工件的夹紧将工件定位后的位置固定下来称为夹紧，夹紧的目的是保持工件在定位中所获得的正确位置，使其在外力（夹紧力、切削力、离心力等外力）作用下，不发生移动和振动。
图 9-33 液压夹紧的铣床夹具1 －压板2 －铰链臂3 －活塞杆4 －液压缸5 －活塞1.1 夹紧装置的组成夹紧装置由两个基本部分组成。
1.1.1动力装置夹紧力的来源于人力或者某种动力装置。
用人力对工件进行夹紧称为手动夹紧。
用各种动力装置产生夹紧作用力进行夹紧称为机动夹紧。
常用的动力装置有：液压、气动、电磁、电动和真空装置等。
1.1.2夹紧机构一般把夹紧元件和中间传递机构和成为夹紧机构。
1 ）中间传递机构它是在动力装置与夹紧元件之间，传递夹紧力的机构。
其主要作用有：改变作用力的方向和大小；夹紧工件后的自锁性能，保证夹紧可靠，尤其在手动夹具中。
2 ）夹紧元件是执行元件，它直接与工件接触，最终完成夹紧任务。
图 9-33 所示是液压夹紧的铣床夹具。
其中，液压缸 4 、活塞 5 、活塞杆 3 组成了液压动力装置，铰链臂 2 和压板 1 等组成了铰链压板夹紧机构，压板 1 是夹紧元件。
1.2对夹紧装置的基本要求（ 1 ）能保证工件定位后占据的正确位置。
（ 2 ）夹紧力的大小要适当、稳定。
既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。
夹紧力稳定可减少夹紧误差。
（ 3 ）夹紧装置的复杂程度与生产类型相适应。
工件的生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。
（ 4 ）工艺性好，使用性好。
其结构应尽量简单，便于制造和维修；尽可能使用标准夹具零部件；操作方便、安全、省力。
二、夹紧力的确定设计夹具的夹紧机构时，所需夹紧力的确定包括夹紧力的作用点、方向、大小三要素。
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《数控加工工艺与装备》教案7
偏心夹紧机构
偏心夹紧机构操作简单、夹紧动作快，但夹紧行程和夹紧力较小，一般用于没有振动或振动较小、夹紧力要求不大的场合。
车床主要用于加工内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端平面等。
上述各表面都是绕车床主轴轴心的旋转而形成的，根据这一加工特点和夹具在车床上安装的位置，
夹具分为两种基本类型：一类是安装在车床主轴上的夹具，这类夹具和车床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转，除了各种卡盘、顶尖等通用夹具或其他机床附件外，
的需要设计出各种心轴或其他专用夹具；另一类是安装在滑板或床身上的夹具，
状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴。